Кафедра теоретической электротехники и электрических машин лаборатория теоретической электротехники Руководство к лабораторной работе № 104 «исследование конденсатора и катушки без сердечника»

Программа работы:

1. Исследование зависимостей тока , протекающего через катушку, и полного сопротивления катушки от напряжения на ее зажимах при постоянной частоте .

2. Исследование зависимости полного сопротивления катушки от частоты при постоянном значении напряжения на ее зажимах.

3. Определение сопротивления катушки постоянному току.

4. Расчет параметров катушки: полного, активного и реактивного сопротивлений ( ), полной, активной и реактивной проводимостей ( ) и индуктивности L по данным пунктов 1 и 2.

5. Исследование зависимостей тока , протекающего через конденсатор и полного сопротивления конденсатора от напряжения на его зажимах при постоянной частоте .

6. Исследование зависимости полного сопротивления конденсатора от частоты при постоянном значении напряжения на зажимах конденсатора.

7. Расчет параметров конденсатора: полного, активного и реактивного сопротивлений ( ), полной, активной и реактивной проводимостей ( ) и емкости по данным пунктов 5 и 6.

8. Составление отчета.

Цель работы:

Работа имеет целью показать опытным путем независимость параметров катушки без сердечника и конденсатора от величины приложенного синусоидального напряжения и выяснить характер зависимости полного сопротивления этих элементов от частоты. Кроме того, работа дает возможность познакомиться с методами опытного определения параметров цепи переменного тока.

Основные теоретические положения.

Для опытного определения параметров цепи переменного тока необходимо произвести измерение трех величин, характеризующих режим работы цепи: напряжения на зажимах цепи, тока и мощности , потребляемой цепью. В этом случае параметры цепи могут быть определены исходя из следующих соотношений:

Сопротивления и проводимости, емкость и индуктивность исследуемых в лаборатории конденсаторов с бумажной изоляцией и катушек без сердечника не зависят от режима работы цепи и остаются постоянными при изменении напряжения на зажимах конденсаторов или катушек (рис. 1).

Вследствие этого конденсаторы и катушки без сердечника получили наименование элементов с постоянными параметрами. Независимость параметров, рассматриваемых элементов от режима работы цепи объясняется независимостью диэлектрической проницаемости материала изоляции между пластинами конденсатора от напряженности электрического поля в нем и независимостью магнитной проницаемости среды (пространства, окружающего катушку и занятого ее магнитным полем) от напряженности магнитного поля. Ток и напряжение в таких элементах связаны между собой линейной зависимостью и, следовательно, снимаемые характеристики (вольтамперные характеристики элементов цепи) должны представлять прямые линии, выходящие из начала координат (рис. 1).

Полное сопротивление конденсатора и катушки как функции от частоты определяется соотношением:

причем величина активного сопротивления конденсатора и катушки, вообще говоря, также будет зависеть от частоты. Для конденсатора эта зависимость будет определяться изменением потерь в диэлектрике конденсатора при изменении частоты, а для катушки – изменением с частотой степени проявления поверхностного эффекта в проводе катушки.

У исследуемых в лаборатории конденсаторов потери в диэлектрике настолько малы, что обнаружить их обычным ваттметром не удается и, поэтому, при любой частоте получается значение равное нулю. Вследствие этого зависимость

Представляет собой гиперболу с асимптотами по осям координат (рис. 2). Активное сопротивление катушек отличается от нуля, однако вследствие малого диаметра провода обмотки и при сравнительно низких частотах проявление поверхностного эффекта выражено весьма слабо, и заметить изменение активного сопротивления катушек при изменении частоты трудно. Таким образом, зависимость полного сопротивления катушки представляет собой ветвь гиперболы, асимптотически приближающуюся к прямой (рис. 2), так как по мере увеличения частоты влияние активного сопротивления на величину полного сопротивления будет сказываться все меньше и меньше.

Активное сопротивление катушки, измеренное при постоянном токе, должно быть несколько меньше активного сопротивления той же катушки, определенного при переменном токе. Увеличение активного сопротивления в последнем случае объясняется явлением поверхностного эффекта, приводящего к неравномерному распределению тока по сечению провода и, следовательно, к худшему использованию последнего. Однако катушки, с которыми мы имеем дело в лаборатории, изготовлены из относительно тонкого провода и, поэтому, явление поверхностного эффекта, выражающееся в увеличении активного сопротивления катушки по сравнению с ее сопротивлением постоянному току, практически не сказывается.

Практические указания к выполнению работы.

Исследование катушки и конденсатора производится по схеме, представленной на рис. 3, где , и – исследуемые конденсатор и катушка. Все элементы схемы должны быть выбраны с расчетом на ток до 3 А и на напряжение до 220 В.

1, 5 – исследование зависимостей тока и полного сопротивления от напряжения при постоянной частоте Гц осуществляют, питая схему от сети. Напряжение, подводимое к цепи, изменяют в возможно широких пределах, ограничивая верхний предел током 3 А или на напряжением 220 В. Результаты измерений и вычислений заносятся в таблицу 1.

2, 6 – исследование зависимости полного сопротивления от частоты при постоянном напряжении осуществляют, питая схему от агрегата переменной частоты. Результаты измерений и вычислений заносятся в табл. 2.

3 – активное сопротивление катушки постоянному току определяется при питании схемы от источника постоянного тока. При этом

где величина постоянного тока, протекающего по катушке и – напряжение на ее зажимах. Если приборы, включенные в схему, допускают измерения на постоянном токе, то определение активного сопротивления катушки постоянному току можно выполнить, не изменяя схему, приключив лишь еще один вольтметр непосредственно на зажимы катушки.

Это необходимо сделать для увеличения точности измерения относительно малого сопротивления катушки постоянному току, соизмеримого с сопротивлениями амперметра и последовательной обмотки ваттметра.

Принимая во внимание малость сопротивления катушки постоянному току включение схемы следует производить при положении ручки регулирования напряжения источника питания “0” во избежание получения больших токов.

Если приборы, использованные в первой части работы, не пригодны для измерений на постоянном токе, то следует собрать новую схему согласно рис. 4, включив приборы, рассчитанные на работу при постоянном токе (приборы магнитоэлектрической системы).

Измерение активного сопротивления катушки постоянному току осуществляются при различных значениях тока и по этим данным вычисляют среднее значение сопротивления. Результаты заносятся в таблицу 3.

4, 7 – по данным пунктов 1 и 2, а также 5 и 6 необходимо вычислить параметры катушки и конденсатора. При этом все параметры ( ) вычисляют лишь для трех точек характеристик пунктов 1 и 5, соответствующих наибольшим показаниям приборов. По трем вычисленным значениям параметров определяется среднее их значение.

Полное сопротивление рассчитывается для всех снятых точек всех характеристик. Результаты вычислений заносятся в таблицу 1.

8 – Отчет должен быть составлен в соответствии с правилами и методическими указаниями к выполнению лабораторных работ и составлению отчетов.

Таблица 1.

№№ п.п.		Измерения				Вычисления
	В	А	Вт	Ом	Ом	Ом	Сим	Сим	Сим

Таблица 2. Таблица 3.

№№ п.п.	Измерения					№№ п.п.	Измерения			Выч.
	Гц	В	А	Ом			В	А	Вт	Ом

ЛИТЕРАТУРА

Л. А. БЕССОНОВ – Теоретические основы электротехники, 1973 г. Стр. 87, 88; 133, 134.